利用X波段雷达图像反演风场算法改性研究

摘要

海表面风应力作为海水表面运动的主要动力，准确、实时监测海面风场对海上渔业生产、海洋勘探和开发以及海洋军事行动都具有重要的意义。航海雷达监测风场具有传统手段及其他遥感手段不具备的优势，其可以实时、全方位获得较大范围内高分辨率风场信息。国内外许多学者展开了利用航海雷达监测风场的研究。
　　本文首先对国内外研究成果进行了综述，阐述国内外学者利用航海雷达图像提取风场研究的经验及成果，并对现有算法进行了整理总结。为进一步研究提供参考，并为初学者进入此领域提供一些帮助。
　　通过综述可以发现，现有利用X波段导航雷达反演海面风场的研究取得了一定的效果，但总体进展缓慢，可利用技术手段较少，存在较大发展空间。尤其是国内对此方面的研究仅仅停留在验证国外算法的有效性上，一直没有通过探索新方法来提高反演精度。本文对X波段导航雷达反演海面风场的算法改进在以下几个方面来进行了研究:
　　1)进一步抑制噪声，来提高梯度法风向反演精度;
　　2)探寻利用频谱方法来反演风向的新方法;
　　3)提出拟合算法来反演风速;
　　4)融合光流算法和拟合算法的结果。
　　然后论文从这四个研究方向分别提出了算法改进方法或新算法。最后再利用项目组在福建、台湾海峡以及滨海等地进行的实验获得的大量有效数据对四个方面的改进及创新做了验证，结果显示:一、通过抑制噪声可以提高梯度法的反演稳定性和准确性;二、频谱算法具有一定的操作性，但仍需进一步改进;三、针对预先质控的数据，拟合算法反演得到的风速与风速计实测风速的平均绝对误差低于1.5米每秒;四、通过结合光流算法和拟合算法可以提高拟合算法的精度。
　　最后需要指出的是，作者在研究中参与了中船重工724所2013年国家重大科学仪器设备开发专项“全固态高分辨率海洋测量雷达开发及应用”的研究工作。在中国海洋大学与724所联合研制的OS071X海洋动力环境测量雷达的基础上，对海面风场反演算法进行研究。证明算法的科学性和可行性，为进一步把风场反演应用于新开发的全固态高分辨率海洋测量雷达样机中奠定了坚实的基础，具有重要的研究价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 利用X波段雷达进行海面风场反演的综述

1．2．1 国外研究

1．2．2 国内研究

1．3 本文的主要研究内容

2 算法创新和改进介绍

2．1 风向反演算法改进

2．1．1 梯度算法介绍与优化处理

2．1．2 频谱算法的提出

2．2 风速反演算法改进

2．2．1 拟合算法

2．2．2 光流算法与拟合算法结果的结合

2．3 本章小结

3 实验介绍

3．1 X波段测波雷达系统介绍

3．2 实验介绍

3．2．1 福建实验介绍

3．2．2 滨海实验介绍

3．2．3 台湾海峡实验介绍

3．3 实验数据形式介绍

3．4 本章小结

4 实验数据分析

4．1 福建实验数据分析

4．1．1 梯度算法反演风向改进效果验证

4．1．2 频谱法反演风向验证

4．1．3 拟合算法反演风速验证

4．1．4 风速反演算法改进验证

4．2 滨海数据介绍及结果分析

4．2．1 频谱法反演风向验证

4．2．2 风速反演算法改进验证

4．3 台湾海峡实验介绍及结果分析

4．3．1 频谱法反演风向验证

4．3．2 风速反演算法改进验证

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间的主要成果